CN110613173A - 一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置，它包括电源(1)、电器控制电路板(2)、红外辐射加热器(3)、烟化腔(4)、开关(5)、指示灯(6)与充电口(7)；采用红外热辐射作为热源，热转化率高达90％以上，升温迅速灵敏，从而有利于提升烟气质量。本发明加热不燃烧烟草装置具有使用方便、加热效果好、烟气释放充分、节约能耗等较为明显优点，表现出了良好的推广应用前景。

Description

一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置

【技术领域】

本发明属于加热不燃烧烟草技术领域。更具体地，本发明涉及一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置。

【背景技术】

目前烟草技术研究发现，与传统卷烟烟草燃烧释放烟气的方式相比，采用加热不燃烧烟草设备吸烟时，烟草被加热的温度大大低于传统卷烟烟草燃烧的温度，于是大大减少了烟气中有害物质的生成，使用加热不燃烧烟草设备能够降低吸烟者吸烟对身体健康的危害。因此，烟草研究人员设计开发了外源提供热量抽吸烟草的方式和相应器具。

加热不燃烧烟草设备的加热方式主要以电加热为主，电加热按照其原理通常分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。现有烟具主要采用电阻加热方式提供热源，由电阻丝焦耳效应产生热量烘烤烟草材料，产生烟气。大量现有烟具采用的方式是电阻丝加热方式，例如CN 204969474 U、CN 204969473 U与CN201710929018公开了在电流作用下，磁场和金属材质产生交变电流(或涡流)生热的新型加热不燃烧卷烟加热装置。

红外辐射是一种电磁波，其波长范围大约为0.77～1000μm，介于可见光(0.36～0.77μm)与微波(1mm～1m)之间。根据国际电工委员会标准IEC50(841)，红外辐射分为近红外辐射(波长≤2μm)、中红外辐射(波长2～4μm)与远红外辐射(波长>4μm)三个波段。红外辐射加热具有很多优点，例如加热速度快；具有对材料的穿透力，能内外同时加热；不需热传介质传递，热效率良好；可局部加热，节省能源；提供舒适的作业环境；加热过程干净，无需热风，无二次污染；温度容易控制、升温迅速，安全性高；热惯性小。

电阻丝加热主要是电流通过电阻丝而产热，再以辐射、对流与传导方式作用于被加热物体。电红外加热是通过产生大量的热红外辐射作用于材料上，且热红外辐射对被加热材料具有一定的穿透作用，可快速作用到材料内部，不需要传导介质，因此加热速度快，升温迅速，且由于对材料的穿透作用，加热对材料的热作用更为均匀。例如CN201420706729与CN 201410670643公开一种红外加热非燃烧型电子烟雾化器，它是将远红外电热涂层涂覆在雾化器壳体表面产生红外热辐射。

电红外加热升温快，材料热作用均匀，一方面对加热不燃烧烟草生成烟气的质量提升是有效果的，同时快速的加热升温作用有利于减少加热不燃烧烟草的发烟时间，提升用户使用体验；另一方面，由于能耗的减少，节约了电能消耗，在使用电池时能延长电池的使用时间，提升了加热器具的使用效果。

电磁感应式热源对烟草材料的加热仍然是一种间接加热方式，既电磁作用于金属，金属生热后烘烤烟草材料，也存在和电阻加热相同的问题；此外，电磁感应的电磁波对人体健康有一定的影响，而红外热源对人体健康是有益的。

针对现有技术存在的一些技术问题，本发明人通过大量实验研究，终于完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置。

该加热不燃烧烟草装置包括电源1，它还包括电器控制电路板2、红外辐射加热器3、烟化腔4、开关5、指示灯6与充电口7；

电源1是一种与外部电源连接的电压电流适配器；它与电器控制电路板2电连接；它还与设置在该装置侧壁的充电口7电连接；

红外辐射加热器3的外部为圆柱形，在其上部沿着其中轴线设置一个上部开口的圆柱形腔3-2，它是放置加热不燃烧烟草的烟化腔4；在红外辐射加热器3的圆柱形内壁与圆柱形腔3-2的外壁之间构成一个放置红外辐射加热元件3-1的腔，它的外壁涂布红外辐射反射膜3-3；

电器控制电路板2与红外辐射加热器3电连接，以控制输送到红外辐射加热器3的电功率；电器控制电路板2还分别与指示灯6与位于该装置侧壁的开关5电连接。

根据本发明的一种优选实施方式，电器控制电路板2是微控制单元MCU为主控制芯片，并设有为电池充电管理的微电路电器控制器。

根据本发明的另一种优选实施方式，在上部开口的圆柱形腔3-2中放置烟化腔4，呈条状或其它形状的红外辐射加热元件3-1穿过圆柱形腔3-2与烟化腔4底部而处于烟化腔4的中心，或者红外辐射加热器的圆柱形腔3-2直接作为烟化腔4，该红外辐射加热元件3-1紧贴在圆柱形腔3-2壁周围。

根据本发明的另一种优选实施方式，烟化腔4是用耐热玻璃、金属或陶瓷材料制成的。

根据本发明的另一种优选实施方式，烟化腔4是一个具有内径7.5mm～25mm与长度14mm～60mm的腔，在烟化腔4内壁涂布一种红外辐射反射材料。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的红外辐射反射材料是金、银或铜金属材料，或者是纳米二氧化钛或氧化锆红外反射纳米材料。

根据本发明的另一种优选实施方式，红外辐射加热元件3-1是碳纤维红外电热元件、陶瓷红外加热元件、卤素红外加热元件、石英红外加热元件或金属红外加热元件。

根据本发明的另一种优选实施方式，红外辐射加热器3-1的红外辐射波长是0.77～1000μm。

根据本发明的另一种优选实施方式，指示灯6包括显示加热状态的指示灯6-1、显示不同电量的指示灯6-2、电源指示灯6-3与电器控制器指示灯6-4。

根据本发明的另一种优选实施方式，电源1为可置换充电电池时，通过设置在该装置侧壁的充电口7由外部电源对充电电池充电。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置。

该加热不燃烧烟草装置包括电源1，还包括电器控制电路板2、红外辐射加热器3、烟化腔4、开关5、指示灯6与充电口7。该加热不燃烧烟草装置的具体结构参见附图1，该加热不燃烧烟草装置的侧视图参见附图2a，它的俯视图参见附图2b。

电源1是一种与外部电源连接的电压电流适配器外置电源，它也可以是一种可置换的充电电池。本发明使用的电源为与外部电源连接的电压电流适配器，是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备。本发明使用的电压电流适配器是目前市场上销售的产品，例如由广东奥伯特实业有限公司、深圳市森树强电子科技有限公司、深圳市飞天鹰科技有限公司销售的电源适配器产品。

在本发明中，所使用的充电电池是镍氢电池Ni-MH、锂离子电池Li-lon或锂聚合物电池Li-polymer，它们都是目前市场上销售的产品，例如由深圳市盈愉能源科技有限公司销售的镍氢电池Ni-MH及锂离子电池，东莞市千果电子有限公司销售的镍氢电池和锂离子电池，东莞市钜大电子有限公司销售的锂离子电池Li-lon。

当然，本发明也可以使用目前市场上销售的其它充电电池，只是它们应该满足本发明加热不燃烧烟草装置要求，且不会对其装置及应用产生不利的影响或负作用，这些充电电池也都在本发明保护范围之内。

电源1为可置换充电电池时，通过设置在该装置侧壁的充电口7由外部电源对充电电池充电。本发明使用的充电口是Micro USB接口，是目前加热不燃烧烟具通常使用的充电口，通常不超过2小时就能够完成充电。

电源1与电器控制电路板2电连接；它还与设置在该装置侧壁的充电口7电连接；

在本发明中，电器控制电路板2的主要作用在于，它与红外辐射加热器3电连接，控制输送到红外辐射加热器3的电功率，并且它还分别与指示灯6与位于该装置侧壁的开关5电连接，控制指示灯亮灯个数和接受开关指令。

本发明使用的电器控制电路板2是采用微控制单元单片机，MCU为主控制芯片，并设有电池充电管理的微电路电器控制器。它们都是目前市场上销售的产品，例如由华邦电子股份有限公司以商品名华邦销售的单片机、由ATMEL公司以商品名ATmega16销售的单片机，由深圳市华之美半导体有限公司以商品名华之美半导体销售的电源管理电路板控制器。

在本发明中，红外辐射加热器3是红外电热丝在接通电源后产生红外热辐射及热量，使烟化腔4中的烟草材料温度升高的发射红外线的器具。本发明使用红外辐射加热器3的目的在于它发射的红外线能将位于烟化腔4中烟草制品加热。

红外辐射加热器3的外部为圆柱形，在其上部沿着其中轴线设置一个上部开口的圆柱形腔3-2，其圆柱形腔3-2中放置加热不燃烧烟草的烟化腔4，即圆柱形腔3-1与烟化腔4分离，通常简称为分离式红外辐射加热器3，它的具体结构参见附图4。

实际上，圆柱形腔3-2可以与烟化腔4合二为一，通常简称为一体式红外辐射加热器3，它的具体结构参见附图3。

圆柱形腔3-2内壁紧贴放置红外辐射加热元件3-1，它的外壁涂布红外辐射反射膜3-3。

在本发明中，在上部开口的圆柱形腔3-2中放置一个烟化腔4，呈条状或其它形状的红外辐射加热元件3-1穿过圆柱形腔3-2与烟化腔4底部而位于烟化腔4的中心，圆柱形腔3-2内壁涂布红外辐射反射膜3-3，这种红外辐射加热器3简称内置红外辐射加热器，它的具体结构参见附图5；

或者，在上部开口的圆柱形腔3-2中放置一个烟化腔4，该红外辐射加热元件3-1紧贴在圆柱形腔3-2内壁周围，它的外壁内侧涂布红外辐射反射膜3-3，这种红外辐射加热器3简称外置红外辐射加热器，它的具体结构参见附图4。

本发明使用的红外辐射加热器3例如是高红外辐射器、中波红外辐射器、石英红外加热器、碳纤维红外电热器、陶瓷红外加热器或金属红外加热器，它们都是目前市场上销售的产品，例如由济南仁圣汇泽光电科技有限公司销售的碳纤维红外加热管、红外线加热管、辐射加热管等；由南京丹联科技有限公司销售的短波红外辐射器、快中波红外辐射器、碳中波红外辐射器、异型红外辐射器等；由东海县牛山镇安美特照明电器厂销售的碳纤维远石英红外加热器等；由格美电热公司销售的陶瓷红外加热管，由安美特照明电器厂生产销售的卤素红外加热管。红外辐射加热器3中的红外辐射加热元件3-1是碳纤维红外电热元件、陶瓷红外加热元件、卤素红外加热元件、石英红外加热元件或金属红外加热元件，它们都是目前市场上销售的产品。这些红外辐射加热元件3-1的红外辐射波长是0.77～1000μm。

在本发明中，烟化腔4是一个具有内径7.5mm～25mm与长度14mm～60mm的腔。当然，烟化腔4的尺寸也可以根据实际需要进行调整，只是这样调整不会对本发明装置及其应用产生不利的影响或负作用，这也都在本发明的保护范围之内。

在本发明中，烟化腔4是用耐热玻璃、金属或陶瓷材料制成的。本发明使用的耐热玻璃是硼酸、硅酸或石英耐热玻璃；它们都是目前市场上销售的产品，例如由杭州冠奇特种玻璃有限公司销售的耐热玻璃、石英玻璃；由广州特种玻璃有限公司公司以商品名锐威销售的耐热玻璃、由青岛欧盛玻璃科技有限公司销售的耐热玻璃及石英玻璃、由厦门市益唯特玻璃有限公司销售的耐热玻璃和石英玻璃。

本发明使用的金属是不锈钢，它们都是目前市场上销售的产品。

本发明使用的陶瓷材料是高温耐热陶瓷；它们都是目前市场上销售的产品，例如由宜兴市超盛陶瓷有限公司销售的陶瓷材料、由雅安远创陶瓷有限责任公司销售的陶瓷材料。

在烟化腔4内壁涂布一种红外辐射反射材料。所述的红外辐射反射材料是金、银或铜金属材料，或者是纳米二氧化钛或氧化锆红外反射纳米材料。这些红外辐射反射材料在整个红外波长范围内的反射能力应该达到大于85％。

本发明使用的金、银或铜金属材料、纳米二氧化钛红外反射纳米材料或氧化锆红外反射纳米材料都是目前市场上销售的产品，例如由湖南钛唐科技有限公司销售的纳米二氧化钛红外反射纳米材料、由鱼台县清达精细化工有限公司销售的氧化锆红外反射纳米材料。

根据现有长短烟支直径数据确定本发明使用的烟化腔内径为7.5mm～25mm；根据现有长短烟支长度数据确定本发明使用的烟化腔长度为14mm～60mm。当然，本领域的技术人员可以根据实际需要与可能性对烟化腔内径与长度进行调整，只是这种调整不会对本发明装置及其应用产生不利的影响或负作用，这些内径与长度的烟化腔4也都在本发明的保护范围之内。

在本发明中，开关5是一种控制加热不燃烧烟具电路断与开的开关。本发明使用的开关5是目前市场上销售的产品。

在本发明中，指示灯6包括显示加热状态指示灯6-1、显示不同电量指示灯6-2、电源指示灯6-3与电器控制器指示灯6-4，它们都是目前市场上销售的产品。

根据中华人民共和国烟草行业标准YCT138-2006卷烟感官评吸标准7位评吸专家组成的专家评吸组，对使用本发明加热不燃烧烟草装置进行评吸评价，其评吸结果如下：香气较好舒适，协调较好，烟气透发，刺激稍有，余味干净。

[有益效果]

本发明的有益效果是：

本发明采用红外辐射加热方式加热不燃烧烟草材料，使其烟加热、雾化。通过红外辐射加热器产生的热辐射作用于烟草材料，使之烟草雾化，达到可抽吸的目的。采用红外热辐射作为热源，电热转化率高，有效节约电能。由于红外线的辐射和穿透作用，对烟草材料热作用均匀，从而有利于提升烟气质量，升温迅速灵敏，从而有效缩短材料的加热时间，提升设备的使用率；由于其热惯性小，有利于对烟草材料加热温度的精确控制。总而言之，本发明采用红外热辐射加热的加热不燃烧烟草装置，具有使用方便、加热效果好、烟气释放充分、节约能耗等较为明显优点，表现出了良好的推广应用前景。

【附图说明】

图1是本发明加热不燃烧烟草装置的结构图；

图2是本发明加热不燃烧烟草装置的侧视图a与俯视图b；

图3是一体式红外辐射加热器3的剖视图左图与俯视图右图；

图4是分离式红外辐射加热器3的剖视图左图与俯视图右图；

图5是内置式红外辐射加热器3的剖视图左图与俯视图右图；

图6是外置式红外辐射加热器3的剖视图左图与俯视图右图；

图中：

1：电源；2：电器控制器；3：红外辐射加热器；3-1：红外辐射加热元件；3-2：圆柱形腔；3-3：红外辐射反射膜；4：烟化腔；5：开关；6：指示灯；6-1：显示加热状态指示灯；6-2：显示不同电量指示灯；6-3：电源指示灯；6-4：电器控制器指示灯；7-充电口。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式如下：

该加热不燃烧烟草装置包括电源1、电器控制电路板2、红外辐射加热器3、烟化腔4、开关5、指示灯6与充电口7；

电源1是广东奥伯特实业有限公司销售的电压电流适配器；它与由华邦电子股份有限公司公司以商品名华邦销售的单片机及深圳市华之美半导体有限公司以商品名华之美半导体销售的电源管理形成的电路板电器控制电路板2与设置在该装置侧壁的充电口7电连接；

红外辐射加热器3的外部为圆柱形，在其上部沿着其中轴线设置一个上部开口的圆柱形腔3-1，它即为烟化腔4；

圆柱形腔3-1外壁紧贴放置由济南仁圣汇泽光电科技有限公司销售的碳纤维红外加热管销售的碳纤维红外电热元件3-1，它的外壁内侧涂布铜金属红外辐射反射材料的红外辐射反射膜3-3；

电器控制电路板2与红外辐射加热器3电连接，以控制输送到红外辐射加热器3的电功率；电器控制电路板2还分别与指示灯6与位于该装置侧壁的开关5电连接。指示灯6包括显示加热状态指示灯6-1、显示不同电量指示灯6-2、电源指示灯6-3与电器控制器指示灯6-4。

实施例2：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是圆柱形腔3-1即烟化腔4外壁紧贴放置由格美电热公司销售的陶瓷红外加热元件3-1，它的外壁内侧涂布由湖南钛唐科技有限公司销售的纳米二氧化钛红外反射纳米材料的红外辐射反射膜3-3。

实施例3：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是圆柱形腔3-1即烟化腔4外壁紧贴放置由由安美特照明电器厂生产销售的卤素红外加热管加热元件3-1，它的外壁内侧涂布由鱼台县清达精细化工有限公司销售的氧化锆红外反射纳米材料的红外辐射反射膜3-3。

实施例4：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-1中放置一个由杭州冠奇特种玻璃有限公司销售的耐热玻璃材料制成的、内径7.5mm与长度14mm的烟化腔4；由东海县牛山镇安美特照明电器厂销售的呈长方形条状石英红外加热元件9穿过圆柱形腔4-1与烟化腔4底部而位于烟化腔4的中心；烟化腔4-1内壁涂布由湖南钛唐科技有限公司销售的纳米二氧化钛红外反射纳米材料红外辐射反射膜3-3。

实施例5：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-1中放置一个由不锈钢金属材料制成的、内径15.0mm与长度30.0mm的烟化腔4；由格美电热公司销售的呈圆形条状陶瓷红外加热元件9穿过圆柱形腔4-1与烟化腔4底部而位于烟化腔4的中心。

实施例6：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-1中放置一个由宜兴市超盛陶瓷有限公司销售陶瓷材料制成的、内径25mm与长度60mm的烟化腔4；由格美电热公司销售的呈正方形条状陶瓷红外加热元件9穿过圆柱形腔4-1与烟化腔4底部而位于烟化腔4的中心；烟化腔4内壁涂布由江苏欧邦塑胶有限公司销售的铜金属材料红外辐射反射膜3-3。

实施例7：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例4的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-2中放置一个由青岛欧盛玻璃科技有限公司销售耐热玻璃材料制成的、内径7.5mm与长度14mm的烟化腔4；由东海县牛山镇安美特照明电器厂销售的呈长方形条状石英红外加热元件4-2紧贴在圆柱形腔3-2壁周围；圆柱形腔4-2内壁在与红外辐射加热元件3-1不相对应部位涂布由湖南钛唐科技有限公司销售的纳米二氧化钛红外反射纳米材料红外辐射反射膜3-3。

实施例8：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例5的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-2中放置一个铝金属材料制成的、内径15.0mm与长度30.0mm的烟化腔4，；由格美电热公司销售的呈圆形条状陶瓷红外加热元件10紧贴在圆柱形腔4-2壁周围，烟化腔开口，以便透入红外辐射；圆柱形腔4-2外壁内侧涂布由鱼台县清达精细化工有限公司销售的氧化锆红外反射纳米材料红外辐射反射材料。

实施例9：本发明加热不燃烧烟草装置

该实施例的实施方式与实施例6的实施方式相同，只是在上部开口的圆柱形腔4-2中放置一个由雅安远创陶瓷有限责任公司销售陶瓷材料制成的、内径25mm与长度60mm的烟化腔4；由格美电热公司销售的呈正方形条状陶瓷红外加热元件9紧贴在圆柱形腔4-2壁周围，烟化腔开口以便透入红外辐射；圆柱形腔4-2外壁内侧涂布由江苏欧邦塑胶有限公司销售的铜金属材料红外辐射反射材料。

Claims (10)

1.一种采用红外辐射加热的加热不燃烧烟草装置，它包括电源(1)，其特征在于该加热不燃烧烟草装置还包括电器控制电路板(2)、红外辐射加热器(3)、烟化腔(4)、开关(5)、指示灯(6)与充电口(7)；

电源(1)是一种与外部电源连接的电压电流适配器；它与电器控制电路板(2)电连接；它还与设置在该装置侧壁的充电口(7)电连接；

红外辐射加热器(3)的外部为圆柱形，在其上部沿着其中轴线设置一个上部开口的圆柱形腔(3-2)，它是放置加热不燃烧烟草的烟化腔(4)；在红外辐射加热器(3)的圆柱形内壁与圆柱形腔(3-2)的外壁之间构成一个放置红外辐射加热元件(3-1)的腔，它的外壁内侧涂布红外辐射反射膜(3-3)；

电器控制电路板(2)与红外辐射加热器(3)电连接，以控制输送到红外辐射加热器(3)的电功率；电器控制电路板(2)还分别与指示灯(6)与位于该装置侧壁的开关(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于电器控制电路板(2)是微控制单元为主控制芯片，并设有为电池充电管理的微电路电器控制器。

3.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于在上部开口的圆柱形腔(3-2)中放置烟化腔(4)，呈条状或其它形状的红外辐射加热元件(3-1)穿过圆柱形腔(3-2)与烟化腔(4)底部而处于烟化腔(4)的中心；或者红外辐射加热器的圆柱形腔(3-2)直接作为烟化腔(4)，红外辐射加热元件(3-1)紧贴在圆柱形腔(3-2)壁周围。

4.根据权利要求1或2所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于烟化腔(4)是用耐热玻璃、金属或陶瓷材料制成的。

5.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于烟化腔(4)是一个具有内径7.5mm～25mm与长度14mm～60mm的腔，在烟化腔(4)内壁涂布一种红外辐射反射材料。

6.根据权利要求5所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于所述的红外辐射反射材料是金、银或铜金属材料，或者是纳米二氧化钛或氧化锆红外反射纳米材料。

7.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于红外辐射加热元件(3-1)是碳纤维红外电热元件、陶瓷红外加热元件、卤素红外加热元件、石英红外加热元件或金属红外加热元件。

8.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于红外辐射加热元件(3-1)的红外辐射波长是0.77～1000μm。

9.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于指示灯(6)包括显示加热状态指示灯(6-1)、显示不同电量指示灯(6-2)、电源指示灯(6-3)与充电指示灯(6-4)。

10.根据权利要求1所述的加热不燃烧烟草装置，其特征在于电源(1)为可置换充电电池时，通过设置在该装置侧壁的充电口(7)由外部电源对充电电池充电。